为探究适用于有机过氧化物生产废水的高效可见光光催化处理体系，研究人员采用热缩聚法制备了g-C3N4（graphitic carbon nitride，石墨相氮化碳）催化剂，并通过紫外-可见漫反射光谱（UV–vis DRS，Ultraviolet-visible Diffuse Reflectance Spectroscopy）确认其具备特征光学吸收性能。研究人员系统优化了pH、催化剂投加量、光照强度及反应时间等操作参数。在最优条件（pH 5，g-C3N4投加量1.0 g/L，光照强度1300 W/m2，反应时间4 h）下，该系统对废水中化学需氧量（COD，Chemical Oxygen Demand）的去除率达72.8%，并显著提升废水可生化性（B/C即BOD5/COD比由0.118升至0.193）。气相色谱-质谱（GC–MS，Gas Chromatography–Mass Spectrometry）及紫外-可见吸收光谱分析证实有机物得到有效分解。此外，自由基淬灭实验确定超氧自由基（·O2−，superoxide radical）与光生电子（e−）是驱动该光催化过程的主要活性物种，表明g-C3N4在工业废水预处理中具有应用潜力。
论文解读：可见光下g-C3 N4 催化降解有机过氧化物生产废水的性能研究
有机过氧化物广泛用于聚合引发剂、交联剂和固化剂，但其生产过程中排放的高浓度有机废水具有强刺激性气味、难生物降解及抗常规氧化处理等特点，直接进行生物处理难度较大，通常需经预处理削减难降解有机物并提高可生化性。常用预处理技术包括Fenton氧化、过硫酸钾氧化、催化臭氧化及铁碳微电解等，而可见光驱动的光催化技术因具备良好污染物降解性能和较广适用场景逐渐成为环境污染治理的重要方向。目前关于可见光光催化氧化处理有机过氧化物废水的研究较少，已有研究中CuTiO3 等催化剂制备工艺复杂，限制工程化应用。g-C3 N4 （石墨相氮化碳，典型无金属聚合物半导体）具合适带隙、强氧化能力、高化学稳定性及环境友好性，已在染料和抗生素难降解废水处理中被广泛应用，但尚未见其用于处理有机过氧化物生产废水的报道。因此研究人员通过热缩聚法制备g-C3 N4 光催化剂，系统考察其对有机过氧化物生产废水的可见光催化降解性能并确定最佳反应条件，为该类别废水高效处理提供实验依据与技术参考。本文发表于《Molecules》。
研究人员主要采取以下关键技术方法：以三聚氰胺为前驱体经马弗炉550 ℃煅烧4 h热缩聚制备g-C3 N4 ；采用UV–vis DRS表征光学吸收性质及禁带宽度（Eg ），扫描电镜（SEM）结合能谱（EDS）观察形貌与元素分布，BET法测定比表面积与孔结构；取兰州某助剂厂有机过氧化物生产废水（初始pH 4.5–6.3，COD 12,300–15,000 mg/L，B/C 0.09–0.11）于可见光（λ ≥ 420 nm，300 W氙灯）反应器中进行光催化实验，暗态吸附平衡后以初始COD计，系统考察催化剂投加量、光照强度、pH及反应时间的影响；通过GC–MS和UV–vis吸收光谱分析有机物组成变化；采用叔丁醇（·OH淬灭剂）、AgNO3 （e− 淬灭剂）、EDTA-2Na（h+ 淬灭剂）及氯仿（·O2 − 淬灭剂）开展自由基捕获实验判定主导活性物种；按零级、一级及二级动力学模型拟合COD随反应时间变化；通过四轮循环实验评估催化剂稳定性，并以标准方法测定COD及五日生化需氧量（BOD5 ）计算B/C比。
2.1. Characterization of g-C3 N4
通过UV–vis DRS测得g-C3 N4 在紫外区（200–400 nm）及可见光区（400–466 nm）均有较强吸光能力，经Kubelka–Munk函数换算得禁带宽度Eg ＝2.82 eV，足以驱动光生载流子跃迁形成电子-空穴对。SEM显示材料呈松散不规则块状，由大量纳米片堆叠并具褶皱、层状结构及丰富孔隙，可缩短光生载流子迁移距离并促进表面反应；EDS显示C、N元素均匀分布，实测C/N质量比略偏离理论计量比（0.643），归因于高温煅烧中少量氮以NH3 形式逸出。BET结果显示比表面积15.14 m2 /g，总孔容0.087 cm3 /g，平均孔径22.87 nm，N2 吸附-脱附等温线属Ⅳ型并伴H3型滞后环，表明催化剂主要为介孔结构，可为污染物分子提供扩散通道及较多活性位点。
2.2. Visible-Light Photocatalytic Oxidation
2.2.1. Effect of g-C3 N4 Dosage ：固定pH 4.5、光照1200 W/m2 、反应4 h，投加量由0.6增至1.0 g/L时COD去除率上升，超过1.0 g/L后因颗粒团聚遮光不再明显增长，选定最佳投加量1.0 g/L。
2.2.2. Effect of Light Intensity ：固定催化剂1.0 g/L、pH 4.5、反应4 h，光强1100–1300 W/m2 区间COD去除率随光强升高而增加，1300 W/m2 以上趋平，选定最佳光强1300 W/m2 ——光强未饱和时光生e− –h+ 对生成速率与光强正相关，活性氧（ROS）持续增多；活性位点饱和后进一步提升光强无显著增益。
2.2.3. Effect of pH ：固定催化剂1.0 g/L、光强1300 W/m2 、反应4 h，pH 3–5时COD去除率上升，pH＞5下降，选定最佳pH 5——强酸（pH＜5）下高浓度H+ 捕获光生电子抑制·O2 − 生成并可破坏催化剂结构；pH＝5时空穴-电子分离效率改善促进ROS生成；碱性条件下OH− 占据活性位点抑制自由基产生。
2.2.4. Effect of Reaction Duration ：固定pH 5、催化剂1.0 g/L、光强1300 W/m2 ，反应1–4 h COD去除率持续上升，4–6 h趋缓，选定最佳反应时间4 h——初期污染物浓度高、活性位点充足，ROS快速氧化易降解组分致COD降幅大；后期易降解物耗尽且难降解中间产物占据活性位点，降解速率降低。
2.2.5. g-C3 N4 Visible Light Photocatalytic Oxidation Kinetics Study ：对不同反应时间下COD数据进行零级、一级及二级动力学拟合，二级动力学模型相关系数最高（R2 ＝0.9878），表明该高浓度有机过氧化物生产废水COD降解符合二级动力学，与文献中高浓度染料废水降解规律一致。GC–MS检出废水中含苯乙酮、α-甲基苯乙烯及甲基叔丁基醚等芳香及醚类中间体。
2.2.6. Effects of Photocatalysis on COD Removal Percentage and Biodegradability ：最优条件下进水COD 14,763 mg/L，g-C3 N4 光催化体系COD去除率达72.8％（仅暗态吸附约18％），高于同废水铁碳微电解的35.7％及已报道CuTiO3 光催化的58.3％；B/C比由0.118提升至0.193，证实光催化预处理能有效断裂难降解大分子为小分子可生物降解中间产物，利于后续生物处理。
2.3. Reusability of the Catalyst
四次连续循环实验（每次离心回收、洗涤、干燥后重新使用），第四轮COD去除率仍达68.23％，较首轮仅下降约4.5％，活性轻微损失主要源于回收过程中的催化剂损耗，表明所制g-C3 N4 具良好结构稳定性与重复使用潜力。
2.4. Transformation of Organic Compounds and Reaction Mechanism Analysis
2.4.1. UV–Vis Analysis ：反应前后水样在205–350 nm区间紫外吸收光谱显示212 nm处对应共轭体系（C＝C、C＝O）的电子跃迁吸收峰明显衰减，其他波段无新生吸收峰，说明芳香及不饱和有机物被降解且未累积稳定紫外活性中间产物，趋向直接矿化或小分子转化。
2.4.2. GC–MS Analysis ：原水中检出的1,1,2-三氯乙烷、2-氯乙基苯甲酸酯及己内酰胺等在出水未检出，证明体系可降解卤代烃、酯及酰胺类物质；出水中仅残留微量叔丁基过氧化氢（TBHP）、苯乙酮及1,1,2,2-四氯乙烷等难彻底去除的中间体。
2.4.3. Mechanism Analysis ：自由基淬灭实验显示加入·O2 − 淬灭剂（氯仿）时COD去除率降幅最大（由62.10％降至33.45％），依次为AgNO3 （e− 淬灭，降至34.72％）、EDTA-2Na（h+ 淬灭，降至48.81％）、叔丁醇（·OH淬灭，降至51.96％），表明活性物种贡献顺序为·O2 − ＞ e− ＞ h+ ＞ ·OH，超氧自由基与光生电子为主要降解驱动物种。光催化过程中g-C3 N4 受可见光激发产生e− –h+ 对，导带e− 与吸附O2 反应生成·O2 − ，部分·O2 − 可与水反应生成·OH参与氧化；·O2 − 通过亲核进攻、夺氢及断裂C–N/C–O键使酰胺、酯等发生开环或侧链断裂生成羧酸、醇等小分子并最终进一步矿化。
结论（Conclusions）总结翻译：
研究人员通过热缩聚制备的g-C3 N4 光催化剂对有机过氧化物生产废水表现出优良处理性能，在pH 5、催化剂投加量1.0 g/L、光照强度1300 W/m2 、反应时间4 h条件下COD去除率为72.8％，B/C比由0.118提升至0.193。自由基捕获实验确定·O2 − 和光生电子（e− ）为主要活性物种；催化剂禁带宽度为2.82 eV，吸收边466 nm，可有效捕获可见光；四次循环后仍保持68.23％的COD去除率，具良好稳定性；UV–vis及GC–MS证实体系可分解酯、酰胺及羧酸类等复杂有机物。结果表明g-C3 N4 可作为有机过氧化物生产废水处理的可行光催化预处理方案。
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